新材料離子傳導(dǎo)性比其它導(dǎo)體快10到100倍

在《自然》雜志上發(fā)表的研究中，研究團(tuán)隊介紹了一種固體離子導(dǎo)體，它將銅與來自木材的纖維素納米纖維——聚合物管相結(jié)合。研究人員說，這種薄如紙材料的離子傳導(dǎo)性比其它聚合物離子導(dǎo)體快10到100倍。它既可以作為固體電池的電解質(zhì)，也可以作為全固態(tài)電池陰極的離子傳導(dǎo)粘合劑。

今天的鋰離子電池在手機(jī)、汽車中廣泛使用，其電解質(zhì)由溶解在液體有機(jī)溶劑中的鋰鹽制成。電解液的工作是在電池的陰極和陽極之間傳導(dǎo)鋰離子。液體電解質(zhì)性能不錯，但它們有一些缺點(diǎn)。在高電流下，鋰金屬的微小樹枝狀聚合物會在電解質(zhì)中形成，導(dǎo)致短路。此外，液體電解質(zhì)是用易燃和有毒化學(xué)品制成的，可能會引起火災(zāi)。

馬里蘭大學(xué)材料科學(xué)與工程系教授Liangbing Hu說：“通過將銅與一維納米纖維素結(jié)合起來，我們證明了通常與離子絕緣的纖維素在聚合物鏈內(nèi)提供了更快的鋰離子傳輸。我們發(fā)現(xiàn)這種離子導(dǎo)體在所有固體聚合物電解質(zhì)中達(dá)到了創(chuàng)紀(jì)錄的高離子傳導(dǎo)率。”

除了作為固體電解質(zhì)工作外，這種新材料還可以作為固態(tài)電池的陰極粘合劑。為了與陽極的容量相匹配，陰極需要大幅加厚。然而，這種厚度會影響離子的傳導(dǎo)，降低效率。為了使更厚的陰極發(fā)揮作用，它們需要被包裹在一種離子傳導(dǎo)的粘合劑中。使用該研究中的新材料作為粘結(jié)劑，研究團(tuán)隊認(rèn)為這是有史以來功能性最強(qiáng)也最厚的陰極之一。

研究人員希望這種新材料能夠成為將固態(tài)電池技術(shù)推向大眾市場的一個步驟。

該研究論文題為"Copper-coordinated cellulose ion conductors for solid-state batteries"，已發(fā)表在《自然》期刊上。主要作者為Chunpeng Yang。